表面肌电在评价运动技术方面的研究进展

朱昆

（五邑大学 体育部，广东 江门 529020）

表面肌电在评价运动技术方面的研究进展

朱昆

（五邑大学 体育部，广东 江门 529020）

简要总结了表面肌电技术评价运动技术的主要研究方法及进展，并对这项技术在评价运动技术方面的前景进行展望. 结果表明，表面肌电技术因其评价手段的先进性、评价结果的准确性以及安全无创的操作性等诸多优势，必将成为监控运动技术训练的重要手段，在运动训练的实践中有着广泛的应用前景.

表面肌电；运动技术；评价方法

表面肌电信号（surface electromyographlc signal，sEMG）是从皮肤表面通过电极引导、放大、显示及记录的神经肌肉系统在活动时的生物电信号. 由于该信号与肌肉的功能状态和活动状态之间存在着不同程度的关联，能够在一定程度上反映神经肌肉的活动，因此它在肌肉疲劳评定、运动技术合理性分析、运动生物力学分析、运动选材、肌纤维类型、运动训练监控与评价、运动创伤康复及运动心理学等领域都有广阔的应用前景和重要的实用价值[1]. 多年来，对sEMG信号的分析主要包括时域和频域分析[2]，其中，时域分析研究sEMG信号的振幅及积分肌电值，频域分析的信号是基于Fourier变换的肌电功率谱和频谱等谱图. sEMG评价运动技术主要采用时域和频域指标，采用时域指标，既可以准确分析某个动作中参与活动肌肉的EMG曲线的峰值时值和振幅，又可以评定参与活动的肌肉被激活的先后顺序以及肌肉发力、停止活动的先后顺序，还可以定量分析完成该运动时做功肌肉的做功贡献率等. 在运动训练实践中，表面肌电技术已经得到广泛的运用，它对评价运动技术的合理性、指导各运动项目的技术训练有着非常重要的意义.

1 sEMG在评价运动技术方面的应用

目前，应用表面肌电技术评价运动技术合理性在不同项群的运动项目中呈现出不同的特点.

1.1 体能主导类运动项目

体能主导类运动项目对体能要求高，有些项目已不断接近人类自身的运动极限，因此运动成绩的提高变得越来越难. 但是，通过对运动技术的不断改进优化可以有效提高运动成绩，目前，表面肌电技术已广泛应用于评价以速度和耐力为主的自行车、赛艇等项目.

1.1.1 自行车运动

袁鹏[3]在研究我国优秀男子场地自行车运动员在恒定阻力负荷下、不同蹬踏频率骑行时，主要做功肌肉肌电变化特征时发现：高频率踏蹬时，股直肌活动明显提前至上提末段，股外侧肌和腓肠肌的活动区域增大，胫骨前肌表现出双峰放电模式，这种放电模式在协调腓肠肌传递能量、防止股内侧肌功能加强引起膝关节过伸等方面发挥了重要作用. 该结果为专项不同的自行车运动员在训练中采取不同比例的蹬踏频率进行训练提供了理论依据. 结合运动学录像解析方法，孙科[4]研究不同座高下运动员下肢肌肉的工作状态和动作技术时发现：股外侧肌、股二头肌和腓肠肌是进行踏蹬动作的主要用力肌肉；主要伸肌的放电起始点随座高的增加而延后，结果是肌肉的放电范围更接近蹬伸区域，提高了踏蹬效率. 该结论有利于运动员根据实际情况选择合适的座高进行骑行以提高专项运动成绩. S.Dorel[5]研究不同骑行姿势下肢肌肉工作状态时发现：在通气阈强度骑行时，采用流体力学姿势，臀大肌和股内侧肌的放电量比采用直立姿势时显著增强，但股直肌的放电量显著下降，与此同时，臀大肌、股内侧肌、股外侧肌的激活时间显著延后；当通气阈强度增加20%后，股直肌的激活时间显著延后. 该结论为运动员选择合理的骑行姿势、制定科学合理的训练强度提供了科学依据.

1.1.2 赛艇运动

J.M.John Wilson[6]在研究用测功仪测试赛艇运动员下肢肌肉作用时发现：在一个完整的拉桨动作周期中的不同阶段，不同的肌肉其募集方式是不同的，如拉桨时，股外侧肌、股直肌、臀大肌、股二头肌、腓肠肌存在共激活现象. Lars Janshen[7]对单桨运动员的拉桨动作测试也发现：在拉桨阶段，运动员内侧腿膝关节和髋关节处肌肉的激活强度比外侧腿高20%～45%. 二者的研究为专项力量训练指明了方向. 李圆圆[8]结合运动学录像解析的方法对赛艇运动员在赛艇测功仪拉桨技术动作的研究中发现：上肢肌肉和腰背肌肉在测功仪拉桨中的做功贡献率高. 唐桥[9]分析赛艇运动员在水上2km和陆上测功仪2km划桨动作技术的肌电特征发现：在两种划桨条件下，运动员肌肉的用力特征存在明显差异——陆上拉桨中，上肢和背部肌肉的动用程度较高，下肢肌肉是主要用力肌肉；水上拉桨中，主要做功肌肉的激活时间和峰值时值比陆上的明显前移，各主要做功肌肉的激活时间间隔和峰值时值间隔均减小. 李小生[10]研究了赛艇运动员水上2km测试中不同阶段主要用力肌肉的肌电特征，证实了下肢肌肉是主要做功肌肉，并根据频域分析指出主要做功肌肉更容易疲劳.

1.1.3 速滑、跳跃运动

在其他体能主导类运动项目中，吴新炎[11]通过肌电遥测与高速摄像同步测试对速滑运动员在实地滑冰和陆上模拟滑冰的研究中发现：实地滑冰时肌肉放电强度大，放电持续时间短. 李琛[12]在优秀跳远运动员起跳动作的肌电特征研究中认为：对于跳远运动员的专项力量训练，应在加强股四头肌蹬伸肌群力量的同时，合理发展小腿三头肌等小腿后群肌的力量，以获得最佳协调用力.

1.2 技能主导类运动项目

基于肌肉力学的本质使表面肌电技术在评价运动技术合理性方面有先天的优势，但表面肌电技术在抗干扰方面存在的一些缺陷，使得其在评价此类运动项目时比较受限，与其他评价手段相结合后，表面肌电技术在此类项运动项目中也可被广泛应用.

1.2.1 格斗类运动

王华[13]分析自由式摔跤抱单腿和模拟负重动作中的肌电特征发现：在徒手上步抱单腿测试中，股直肌、股外肌放电量高，是主要做功肌肉. 因此提出，上步抱单腿的腿部力量训练中，应以颈前负重模拟抱单腿作为主要的训练手段. 郭海峰[14]研究优秀跆拳道运动员下劈腿动作中肌肉用力特征时发现：表面肌电评价下劈腿技术，可以为跆拳道专项力量训练提供实践参考.

1.2.2 射击类运动

刘敏[15]研究优秀手枪射击运动员持枪臂表面肌电特征时发现：速射时，由于运动员持枪臂举枪次数多，导致积分肌电有上升趋势；慢射时，持枪臂的斜方肌和三角肌前束是影响枪与枪之间一致性的主要肌肉，持枪臂各肌肉的积分肌电值会逐渐提高，呈平缓上升趋势. 肌电曲线趋势平缓表明技术动作的稳定性较好，对该曲线的监控有助于训练射击运动员持枪臂的肌肉稳定性.

1.2.3 隔网对抗运动

董洪园[16]用表面肌电结合红外远摄像测试系统研究排球运动员横向移动技术时发现：快速移动时，主要做功肌肉（臀中肌、臀大肌和内收肌）的肌肉贡献率比慢速移动时高. 陈石[17]在采用表面肌电结合红外远摄像测试系统的基础上利用KIStler测力台对网球运动员正手击球时下肢的力学特征进行了研究，得出了下肢肌肉在蹬伸阶段减少活动有利于提高击球质量的结论.

2 sEMG在评价运动技术方面的展望

目前，在体能主导类项群中，一些周期性运动项目已广泛应用表面肌电技术结合其他手段评价不同训练和测试条件下的技术差异、探讨更科学的训练手段. 但是，在快速力量类项目中，对运动技术的分段研究将导致与比赛环境脱节的后果，这也是表面肌电技术需要攻克的技术难题.

由于受电极粘贴位置、肌纤维类型、年龄、训练程度、个体差异等因素的影响，且实验设备、环境等对肌电记录的影响，使得表面肌电技术在技能主导类项群中，尤其是同场对抗项目如篮球、足球和跳水等运动中的应用很少，这是未来需要研究的方向.

由于sEMG信号是振幅在μV～mV数量级之间的极其微弱的一维电压时间序列信号，信号形态具有较强的随机性与不稳定性，而人体是一电导体，工频干扰及体外的电场、磁场感应都会在人体形成测量噪声，干扰sEMG的检测[18]. 所以目前表面肌电技术多用于训练和测试条件，对比赛时运动技术的肌电特征还鲜有报道. 相信随着人类对运动项目规律认识的不断深入，表面肌电技术在评价运动技术方面将更加具有针对性.

[1] 王键. sEMG信号分析及其应用研究进展[J]. 体育科学，2000, 20(4)： 56-60.

[2] HAGG G M. Interpretation of EMG spectral alternations and alternation indexes at sustained contraction [J]. J Appl Physiol , 1992, 73(4) ： 1211-1217.

[3] 袁鹏. 场地自行车运动员蹬踏动作肌电研究[D]. 苏州：苏州大学，2006.

[4] 孙科. 不同座高对自行车运动员下肢工作状态的影响[D]. 北京：北京体育大学，2007.

[5] DOREL S, COUTURIER A, HUGL F. Influence of different racing positions on mechanical and electromyographic patterns during pedaling [J]. Scand J Med Science Sports, 2009, 19(1)： 44-54.

[6] WILSON J M J, ROBERTSON D G E, STOTHART J P. Original research analysis of lower limb muscle function in ergometer rowing [J]. International Journal of Sport Biomechanics, 1988,4(4)： 315-325.

[7] JANSHEN L, MATTES K, TIDOW G. Muscular coordination of the lower extremities of oarsmen during ergometer rowing [J]. Journal of Applied Biomechanics, 2009, 25(2)： 156-164.

[8] 李圆圆. 对高水平赛艇运动员拉桨技术的神经—肌肉支配特征研究[D]. 上海：上海体育学院，2010.

[9] 唐桥. 男子赛艇运动员划桨技术表面肌电特征的研究[D]. 北京：首都体育学院，2012.

[10] 李小生，王琨，宋海明，等. 优秀男子单人双桨赛艇运动员划桨动作的肌肉活动分析[J]. 西安体育学院学报，2013, 30(4)： 459-465.

[11] 吴新炎，陈月亮，李芙蓉. 优秀速滑选手于静实地滑冰和陆上模拟滑冰肌电特征比较研究[J]. 天津体育学院学报，2012, 27(6)： 515-518.

[12] 李琛，刘述芝. 优秀男子跳远运动员起跳动作运动学与肌电的特征[J]. 武汉体育学院学报，2011, 45(6)：63-68.

[13] 王华. 自由式摔跤抱单腿和模拟负重动作的肌电图分析[J]. 天中学刊，2002(5)： 41-44.

[14] 郭海峰. 中国优秀男子跆拳道运动员前下劈技术肌肉用力表面肌电特征分析[J]. 北京体育大学学报，2013, 36(3)： 75-78.

[15] 董洪园. 优秀男子排球运动员交叉步技术的研究[D]. 北京：北京体育大学，2009.

[16] 陈石. 网球正手击球动作下肢的生物力学特征分析[D]. 北京：北京体育大学，2010.

[17] 刘敏. 中国优秀手枪射击运动员持枪臂表面肌电特征及其训练监测系统的应用研究[D]. 太原：山西大学，2010.

[18] 仉冠生，杨鹏，郭欣，等.表面肌电信号数字传感器的设计[J]. 传感器与仪器仪表，2007,23(9-1)：123-124.

[责任编辑：熊玉涛]

Research Progress of Surface Electromyography in Evaluating Sports Techniques

ZHU Kun
(Department of Physical Education, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

This paper summarizes the main research methods for surface electromyography in sports technique evaluation and its progress and forecasts its prospects. The results show that the surface electromyography technology will surely become an important means in supervising sports training because of its advanced evaluation means, accuracy of evaluation results and safe and noninvasive operations and have broad application prospects in sports training.

surface electromyography; sports techniques; evaluation methods

G804.22

A

1006-7302（2014）01-0066-04

2013-09-22

朱昆（1965—），男，湖北咸丰人，副教授，学士，研究方向为体育教学与训练.